傳感器第4章壓電式(編輯修改稿)
2025-05-30 02:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 余極化強度很大 , 這時的材料才具有壓電特性。 ?極化方向即外加電場方向，取為 Z軸方向。 E 第 4章 壓電式傳感器 1)壓電陶瓷的正壓電效應(yīng) 如果在陶瓷片上施加一個與極化方向平行的壓縮力，壓電片 產(chǎn)生壓縮變形，使內(nèi)部束縛電荷的間距變小，電疇發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 極化強度變小，致使內(nèi)部的束縛電荷變少，導(dǎo)致被吸附在外面 電極上的自由電荷有一部分被釋放，呈現(xiàn)放電狀態(tài)。 當(dāng)外力消失后，陶瓷片恢復(fù)原狀，使極化 強度 增大，內(nèi)部束縛 電荷增加，導(dǎo)致電極的吸附自由電荷增加，呈現(xiàn)充電狀態(tài)。 這種因受力而產(chǎn)生的機械效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電效應(yīng)，將機械能轉(zhuǎn)換 為電能的現(xiàn)象，就是壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)。放電電荷與外力 成正比關(guān)系，即 Fdq 33?第 4章 壓電式傳感器 2）壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng) 如果在陶瓷片上施加一個與極化方向相同的電場， 由于電場 方向與極化方向相同，所以電場的作用使極化強度增大，壓電 陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長變形。同理，若改變電場方向同極化 方向相反，則陶瓷片將沿極化方向產(chǎn)生縮短變形。 這種由電效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械效應(yīng)，或者說將電能轉(zhuǎn)換為機械能的 現(xiàn)象，就是壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)。變形與電場之間的關(guān)系為 zz EdtUzdttUdt333333 ??????第 4章 壓電式傳感器 分析可見： （ 1）壓電陶瓷具有壓電效應(yīng)，是由于陶瓷內(nèi)部存在著電疇，經(jīng) 極化處理后被迫取向排列，使內(nèi)部存在剩余極化強度，在外作用 （力或電場）下，能使極化強度變化，導(dǎo)致陶瓷出現(xiàn)壓電效應(yīng)。 （ 2）陶瓷的極化電荷是束縛電荷，它們不能自由移動，陶瓷 中產(chǎn)生的放電或充電現(xiàn)象，是通過陶瓷內(nèi)部極化強度的變化， 引起電極上的自由電荷的釋放或補充的結(jié)果。 第 4章 壓電式傳感器 壓電傳感器的等效電路 由壓電元件的工作原理可知 ,壓電式傳感器可以看作一個電荷發(fā)生器。同時 ,它也是一個電容器 ,晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個極板 ,極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì) ,則其電容量為 式中 : s——壓電片的面積 。 h——壓電片的厚度 。 εr —— 壓電材料的相對介電常數(shù) 。 hsC ra0???第 4章 壓電式傳感器 aaUCQ ?aaCQU ??電荷 等效電路 ?電壓等效電路 Q Q Q 第 4章 壓電式傳感器 ?電壓靈敏度 ?電荷靈敏度 它們之間的關(guān)系 FQSFUSqau??auqaquCSSCSS ?? ,第 4章 壓電式傳感器 壓電傳感器的實際等效電路 － 壓電傳感器在實際使用時總要與測量儀器或測量電路 相連接 , 因此還須考慮連接電纜的等效 電容 Cc, 放大器的輸入電阻 Ri , 輸入電容 Ci以及壓電傳感器的泄漏電阻 Ra 等效電壓源 等效電流源 第 4章 壓電式傳感器 壓電式傳感器的測量電路 第 4章 壓電式傳感器 ? 在實際應(yīng)用中為提高靈敏度使表面有足夠的電荷 ，常常把兩片 、 四片壓電元件組成在一起使用 。 由于壓電材料有極性 ， 因此存在連接方法 ， 雙片連接時： 電路串聯(lián) 電路并聯(lián) + _ U’ _ + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ++ + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + _ + _ U’ + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + 39。 , 39。 2 , 39。 22CC U U Q Q? ? ?2 , 39。 2 , 39。C C Q Q U U? ? ?第 4章 壓電式傳感器 ? 串聯(lián) 。 電荷相等 電壓相加 電容減小 ? 并聯(lián)： ? 電壓相等 ? 電荷相加 ? 電容相加 niCCinUUi/??????inCCiniUU??????第 4章 壓電式傳感器 ? 前置電路有兩個作用， 一是放大微弱的信號，二是阻抗變換； ? 根據(jù)等效電路 壓電元件輸出可以是電壓源，也可以是電荷源。 ? 因此，前置放大器也有兩種形式： 電壓放大器和電荷放大器。與其配套的測量電路也有電壓放大器和電荷放大器兩種形式的電路。 電壓放大器原理 第 4章 壓電式傳感器 電壓放大器等效 電路示意圖 簡化圖 ia RRR //?icic CC
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